CN1955248B - 钽阻挡层用化学机械抛光浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钽阻挡层用化学机械抛光浆料，其包括研磨颗粒、有机膦酸、四氮唑类化合物和载体。本发明的化学机械抛光浆料可以防止金属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，降低研磨颗粒的含量，在不同金属与氧化物之间可获得合适的抛光选择性。

Description

钽阻挡层用化学机械抛光浆料
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光浆料，尤其涉及一种钽阻挡层用化学机械抛光浆料。
背景技术
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化。甚大规模集成布线正由传统的Al向Cu转化。与Al相比，Cu布线具有电阻率低，抗电迁移能率高，RC延迟时间短，可使布层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％的优点。Cu布线的优势已经引起全世界广泛的关注。
为了保证Cu布线与介质的特性，目前甚大规模集成电路芯片中多层铜布线还用到Ta或TaN作阻挡层，因此相继出现了用来抛光Ta或TaN阻挡层的化学机械抛光(CMP)浆料，如：US 6,719,920专利公开了一种用于阻挡层的抛光浆料；US 6,503,418专利公开了一种Ta阻挡层的抛光浆料，该抛光浆料中含有有机添加剂；US 6,638,326公开了一种用于Ta和TaN的化学机械平坦化组合物，CN 02116761.3公开了一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液。但这些抛光浆料存在着局部和整体腐蚀，缺陷率较高，不同基底的抛光选择性不合理等缺陷。因此迫切需要开发出新的用于阻挡层的化学机械抛光浆料。
发明内容
本发明的目的是为了上述现有技术中的问题，提供一种用于阻挡层的化学机械抛光浆料。
本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的：本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料包括研磨颗粒、有机膦酸、四氮唑类化合物和载体。由于本发明的化学机械抛光浆料中加入了有机膦酸和四氮唑类化合物，所以其在抛光过程中对不同金属与氧化物具有合适的抛光选择性，可以防止金属凹陷，明显减少晶片表面的有机物、二氧化硅淀积以及其它金属离子的残留。
本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料中各种成分均可参照现有技术，在本发明的一较佳实施例中，该研磨颗粒的浓度为1～10％，该有机膦酸的浓度为0.01～1％，该四氮唑类化合物的浓度为0.01～0.5％，该载体为余量，以上％均指占整个化学机械抛光浆料的总重量百分比。
在本发明中，该研磨颗粒的尺寸较佳地为20～200nm，更佳地为30～100nm，最佳地为70nm。
所述的有机膦酸较佳地为2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸(PBTCA)，乙二胺四甲叉膦酸和/或二乙烯三胺五甲叉膦酸。
所述的四氮唑类化合物(TRA)较佳地为5-甲基-四氮唑、5-苯基-1-氢-四氮唑和/或1-氢-四氮唑。
本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料还可以包括0.001～1％的氧化剂。所述的氧化剂可为现有技术中的各种氧化剂，较佳地为过氧化氢、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵，更佳地为过氧化氢。
本发明的研磨颗粒也可以参照现有技术，优选氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更优选氧化硅。
本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料的pH值较佳地为2.0～4.0，更佳地为3.0，pH调节剂可为各种酸和/或碱，以将pH调节至所需值即可，较佳地为氢氧化钾、硝酸、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料还可以包括表面活性剂、稳定剂，抑制剂和/或杀菌剂，以进一步提高衬底表面的抛光性能。
在本发明中，所述的载体较佳地为水。
本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料还可以包括其他添加剂，如表面活性剂、杀菌剂、稳定剂和/或抑制剂等等，这些添加剂均可参照现有技术。
本发明的积极进步效果在于：本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料1)可以降低研磨颗粒的用量，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，从而降低衬底表面污染物；2)抛光过程中具有合适的抛光选择比；可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。
附图说明
图1为抛光前空白钽晶片的表面显微镜图；
图2为抛光后空白钽晶片的表面显微镜图；
图3为抛光后测试晶片表面显微镜图(放大250倍)(图中TEOS指SiO2)；
图4为抛光后测试晶片表面SEM图(放大5000倍)(图中TEOS指SiO2)。
具体实施方式
下面使用非限制性实施例来详细说明本发明。
实施例1～8及对比实施例10
表1
Figure G05130856420051118D000041
备注：TRA1：5-甲基-四氮唑；TRA2：1-氢-四氮唑；TRA3：5-苯基-1-氢-四氮唑；EDTMP：乙二胺四甲叉膦酸，DTPMP：二乙烯三胺五甲叉膦酸；上述化学机械抛光浆料的其余成分为水；10为对比实施例10。
将各物料按下列顺序：研磨颗粒、一半用量的去离子水、有机膦酸、TRA、H2O2的顺序依次加入反应器中并搅拌均匀，补入其余去离子水，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值继续搅拌至均匀流体，静止10分钟即可得到化学机械抛光浆料。
效果实施例1
分别用上述实施例1～8及对比实施例10的化学机械抛光浆料进行抛光空白Ta、Cu、SiO2晶片，抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力2psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速100mL/min。抛光结果见表2。
表2
备注：Surf.表示基底表面的污染物情况。
结果表明：本发明的化学机械抛光浆料可以通过加入有机酸以及四唑类物质，可调节Ta、Cu和SiO2的去除速率，当调整研磨颗粒、有机酸以及四唑类物质的浓度而获得合适的抛光选择性，当调整氧化剂浓度时可以获得更好的抛光选择性。图1为实施例1的化学机械抛光浆料抛光前的空白Ta晶片的表面显微镜图，图2为实施例1的化学机械抛光浆料抛光后的空白Ta晶片的表面显微镜图，从图1和2中可以看出，可以在较低研磨颗粒浓度下，使缺陷明显下降，而且可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，使用本发明的化学机械抛光浆料后的Ta晶片表面的点蚀可以明显较少，从而提高产品良率。
效果实施例2
对已溅射Ta/电镀铜的硅衬底晶片经抛光铜后，再分别用实施例2、3、5的化学机械抛光浆料进行抛光，抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力2psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速100mL/min。抛光结果见表3。
表3
  化学机械抛光浆料 测试晶片表面凹陷大小()   测试晶片表面污染物情况
  实施例2 600   无
  实施例3 450   无
  实施例5 465   无
结果表明：经过使用本发明的化学机械抛光浆料后，测试晶片表面的凹陷大小明显减小，试晶片表面无腐蚀、污染物及其它残留物。实施例2的化学机械抛光浆料抛光后，测试晶片表面经显微镜放大250倍无见污染物存在(见图3)；实施例3的化学机械抛光浆料抛光后，测试晶片表面经SEM放大5000倍也未明显见到污染、腐蚀等存在(见图4)。
结论：本发明的钽阻挡层用化学机械抛光浆料1)可以降低研磨颗粒的用量，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，从而降低衬底表面污染物；2)抛光过程中具有合适的抛光选择比；可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。
上述实施例涉及到的原料均为市售。

Claims (9)

1.一种钽阻挡层用化学机械抛光浆料，其包括研磨颗粒、有机膦酸、四氮唑类化合物和载体；
其中，该研磨颗粒的浓度为1～10wt％，该有机膦酸的浓度为0.01～1wt％，该四氮唑类化合物的浓度为0.01～0.5wt％；
所述的四氮唑类化合物为5-甲基-四氮唑、5-苯基-1-氢-四氮唑和/或1-氢-四氮唑；且
该化学机械抛光浆料的pH值为2.0～4.0。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料，其特征在于，该载体为余量。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒的尺寸为20～200nm。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒的尺寸为30～100nm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的有机膦酸为2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸，乙二胺四甲叉膦酸和/或二乙烯三胺五甲叉膦酸。
6.根据权利要求1～4任一项所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该化学机械抛光浆料还包括0.001～1wt％的氧化剂。
7.根据权利要求6所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的氧化剂为过氧化氢、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵。
8.根据权利要求1～4任一项所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒。 
9.根据权利要求1～4任一项所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该化学机械抛光浆料还包括表面活性剂、稳定剂和/或杀菌剂。 
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